一种宽带雷达目标的原始点迹凝聚处理方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201410453655.4 | 申请日 | 2014-09-05 | 公开(公告)号 | CN104166135A | 公开(公告)日 | 2014-11-26 |
| 申请人 | 武汉中原电子集团有限公司; | 发明人 | 张东华; 任学锋; 李宁; 代志强; 吴勇; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种宽带雷达目标的原始点迹凝聚处理方法，设置参考径向长度L和参考方位长度W；径向距离方向归并同一目标的点迹；对径向归并的点迹数据进行凝聚得到径向距离凝聚点；在相邻方位的回波扫描线上对同一目标的径向距离凝聚点进行归并；剔除背景目标；剔除旁瓣杂波，将剩余的径向距离凝聚点再次进行方位方向凝聚，得到该同一目标的方位参数估计值和距离参数估计值。该方法能够简单、快速地对雷达原始点迹数据进行处理，提高了点迹凝聚的有效性和目标参数估计的准确性，为后续的目标 跟踪 提供了良好的 基础 数据。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种宽带雷达目标的原始点迹凝聚处理方法，其特征在于，包括以下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 一种宽带雷达目标的原始点迹凝聚处理方法技术领域背景技术[0002] 雷达是一种基本的无限电探测装置，具有全天时、全天侯探测目标的能力。早期雷达出现于19世纪三十年代，仅具有对目标进行检测和定位功能。经过几十年的发展，雷达技术获得了巨大的进步，各种新体制雷达不断涌现，雷达性能不断改善，应用领域也在不断扩展。现代雷达能够探测目标的各种参数，测量精度也越来越高，甚至有些体制的雷达具有获取目标精细结构的能力，这些先进雷达具有的技术便是宽带雷达技术。目前，宽带雷达技术正逐渐成为世界各国雷达技术的重要发展方向。 [0003] 宽带雷达概念自上世纪70年代被人提出后，出现了各种不同体制宽带雷达设备，比如各种机载、星载SAR雷达，以及地基ISAR雷达。但到目前为止，雷达领域对宽带雷达的概念还没有统一、严格的定义。一般来说，根据雷达相对宽度η来定义： [0004] [0005] 其中，Δf为雷达瞬时宽带，f0为雷达载波频率。一般认为，当0.01≤η≤0.25时，为宽带雷达。当η≥0.25，为超宽带雷达。然而，人们通常所说的宽带雷达是指发射信号的绝对带宽很大，可以分辨目标的多个强散射中心；雷达的绝对带宽越宽，其距离分辨单元越小。 [0006] 相比窄带雷达，宽带雷达在很多方面都具有突出优势。目前，窄带低分辨雷达的有关处理技术已经相当成熟，至于宽带高分辨雷达技术正在快速发展，尚未到达成熟阶段。由于窄带和宽带雷达的回波特性具有很大不同，导致很多窄带雷达的信号和数据处理技术不再适用于宽带雷达目标回波的处理。下面分别介绍窄带、宽带目标的回波具有的特性。 [0007] 由于窄带雷达的距离分辨率远大于目标的实际尺寸，因此窄带目标被视为“点目标”模型。从信号系统的角度理解，其系统函数可以看作是一冲激函数，那么目标回波就是发射信号与该冲激函数的卷积。卷积的结果就是回波仍然保留着发射信号的特点，即发射信号与回波信号是相关的，通过对回波信号进行匹配滤波，就能够获得最佳的输出信噪比，从而获得很好的检测性能。 [0008] 宽带雷达的回波特征可以表征目标身上强散射中心的空间分布特征，强散射中心指的是目标上散射强度较大的部位，比如边缘、拐角及连接部位等。对于宽带雷达，其距离分辨率单元远小于目标的实际尺寸，因此宽带目标不能再被看作是“点目标”，而是目标范围内的多个强散射中心分布的组合，即占据了多个距离分辨单元，称之为宽带距离扩展目标或分布式目标，同时在一维径向距离方向上，形成一副具有高低起伏特征的目标幅度图像，称之为高分辨雷达目标一维距离像(HRRP)。由于宽带目标回波信号受到其散射中心分布特征的调制，造成发射信号波形与回波波形的相关性减弱，甚至相关程度非常低。这就使得传统窄带雷达的一些理论技术(包括信号和数据处理技术)已不再适用于宽带目标。因此，研究一些适用于宽带目标的数据处理方法等理论和技术具有重要的理论和工程意义。 [0009] 雷达的数据处理技术一般主要完成多目标跟踪任务。但是对于目标跟踪，仅希望一个目标只产生唯一代表其物理位置的点迹数据。事实上，某一目标被雷达照射经雷达天线所接收的目标回波，经信号处理后，一般情况下往往产生多个原始点迹数据，这就需要对这些原始点迹数据进行归类，把同一目标产生的点迹数据归在一起，最后采用某种计算方法，使一个目标获得唯一表征目标物理位置的点迹数据，这个过程被称为目标点迹凝聚处理，也可以称其为对原始点迹的预处理。目标点迹凝聚处理为后续的目标跟踪数据处理模块提供基础数据，直接决定着航迹跟踪质量的好坏，是雷达数据处理系统的关键技术之一。从上面可知，宽带目标为宽带距离扩展式目标，在距离和方位上占据多个单元，另一个事实就是窄带目标的点迹数据，往往也占据多个距离单元，至于窄带目标在距离、方位上产生多值性的原因在本专利中不予讨论。点迹凝聚的处理精度和能力是雷达系统的一项重要技术指标。一个性能良好的点迹处理系统是保证航迹文件信息准确与可靠的前提条件。 [0010] 无论是宽带还是窄带雷达点迹凝聚处理，其基本任务要求是一致的：能够判别和去除非有效的目标点迹；能区分方位和距离上的邻近目标，尽可能地把同一目标的点迹数据归并一起；由于距离精度比方位精度高，且实时处理中，可先获得距离向上的数据，因此凝聚过程中，是先距离后方位。另一个重要的事实，就是宽带和窄带目标各自的回波特性不同，使得窄带目标原始点迹凝聚处理技术不适用与对宽带目标的相应处理。因次，需要深入研究，设计一种适合于宽带目标的原始点迹凝聚处理方法。 [0011] 现有技术一：传统窄带低分辨雷达的点迹凝聚处理一般性原理和方法[0012] 窄带雷达原始点迹凝聚处理处理技术主要内容是：大量“压缩”信号原始目标点迹数据，判别和去除非有效点迹，将一次扫描获得的同一目标的点迹凝聚为唯一点迹，进而精确估计该目标的距离和方位参数。 [0013] 现有技术二：目前关于宽带目标目标点迹凝聚处理方法尚未有通用化的原理和方法，而且几乎看不到相关方面的详细研究资料。有少量的资料，简单地谈及了它的一些处理方法，一个基本的思路就是设置参考径向长度和参考方位径向长度，用以距离和方向上归并和分辨，然后采用求取质心的点迹凝聚处理方法，估计目标的距离和方位参数。 [0014] 现有技术一存在缺点是：传统的针对窄带目标的点迹凝聚处理方法，不论是基于目标质心或者中心计算，均不能适用于对宽带目标的原始点迹数据进行处理。 [0015] 现有技术二缺点：虽然沿用了传统窄带目标点迹凝聚处理的一些概念和方法，制定了使用于宽带目标原始点迹凝聚处理的方法，但由于宽带目标点迹特性表象的复杂性，不能利用传统技术中剔除异常原始点迹包括消除旁瓣影响，使得它们很难制定一些准则来剔除异常数据，造成对目标参数的估计精确度不高；而且大部分均采用了求取质心的点迹凝聚处理算法，造成计算量大，处理效率不高。 发明内容[0016] 本发明专利的目的在于克服现有的技术缺陷，提供一种宽带雷达目标的原始点迹凝聚处理方法。本发明主要解决的技术问题在于，根据宽带雷达目标回波的特性，提出了一种基于强散射点距离相关处理的宽带雷达目标点迹凝聚处理方法。该方法可简单、快速地对雷达原始点迹数据进行处理，提高了点迹凝聚的有效性和目标参数估计的准确性，为后续的目标跟踪提供了良好的基础数据。 [0017] 本发明的目的可通过下列技术方案实现： [0018] 一种宽带雷达目标的原始点迹凝聚处理方法，包括以下步骤： [0019] 步骤1、设置参考径向长度L和参考方位长度W； [0020] 步骤2、处理经恒虚警检测后的原始点迹数据，将同一回波扫描线上距离小于参考径向长度L的点迹归并为同一目标的点迹，并统计同一目标在各个回波扫描线径向距离方向上的点迹个数； [0021] 步骤3、对各个目标在径向距离方向上归并在一起的点迹数据进一步作凝聚处理，得到各个目标在各个回波扫描线上的径向距离凝聚点； [0022] 步骤4、在相邻方位的回波扫描线上，对距离小于参考径向长度W的径向距离凝聚点归并为同一目标在不同回波扫描线上的径向距离凝聚点； [0023] 步骤5、剔除方位宽度大于方位上限值Hu和小于方位下限值Hl的目标； [0024] 步骤6、从大到小排列同一目标各方位回波扫描线上的点迹的个数，按照预定比例删除点迹的个数较小的回波扫描线上对应的径向距离凝聚点，将剩余的径向距离凝聚点再次进行方位方向凝聚，得到该同一目标的方位参数估计值，同时计算剩余的径向距离凝聚点对应的该同一目标的距离参数估计值。 [0025] 如上所述的步骤6中的预定比例取值区间为0～1/3。 [0026] 如上所述的方位上限值Hu取值区间为110°～360°；所述的方位下限值Hl取值区间为0°～3°。 [0027] 如上所述的方位参数估计值通过将步骤6中的剩余的径向距离凝聚点进行方位值求平均获得；所述的距离参数估计值通过将步骤6中的剩余的径向距离凝聚点进行径向距离值求平均获得。 [0028] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果： [0029] 本发明提出了一种基于强散射点距离相关处理的适用于宽带目标点迹凝聚处理方法。该方法能够简单、快速地对雷达原始点迹数据进行处理，提高了点迹凝聚的有效性和目标点迹参数估计的准确性，为后续的目标跟踪提供了良好的基础数据。附图说明 [0030] 图1为目标在径向距离方向上归并和凝聚示意图； [0031] 图2为目标在方位方向上归并和凝聚示意图； [0032] 图3为本发明方法的点凝聚处理过程。 具体实施方式[0033] 下面结合附图对本发明作进一步说明。 [0034] 实施例1： [0035] 在传统窄带雷达中，其点迹凝聚处理是采用滑窗法在径向距离方向上向前滑动，依据制定的相应准则来判断当前滑窗内是否存在目标点迹，如果存在，则进行相关点迹凝聚处理。这些理论方法的依据是：雷达中心极限定理表明-窄带噪声服从高斯分布，其包络服从瑞利分布，当回波中含有目标信号时，包络服从莱斯分布。当回波经过天线方向图调制后，在回波峰值两侧的点迹也可能超过门限。因此，可以根据滑窗中超过门限的点迹数来判定目标的存在。 [0036] 研究表明，宽带雷达的目标回波不再具有莱斯包络特性，表现为距离扩展目标的形式，即目标在径向距离和方位方向上往往存在属于其的多个点迹。为了对目标进行跟踪，需要对这些属于同一目标的点迹进行分辨、归类及凝聚处理。在传统窄带雷达中，一般采用“质心法”进行点迹凝聚处理，从而获得目标的距离和方位参数的估计值。但对于宽带目标点迹，由于属于同一目标的点迹数据分布的不连续和不均匀性，使得传统窄带雷达的点迹凝聚处理方法不再适用于处理宽带雷达的目标回波。本发明根据宽带雷达目标回波特性，并参考传统窄带雷达的点迹凝聚处理方法，提出了一种基于强散射点距离相关处理的宽带雷达点迹凝聚处理算法。 [0037] 一种宽带雷达目标的原始点迹凝聚处理方法： [0038] 步骤1、设置参考径向长度和参考方位长度，分别设为L和W。这两个长度参数的确定决定了目标点迹在距离和方位上的归并精度。 [0039] 步骤2、径向距离方向上归并。以一条回波扫描线为单位，处理经恒虚警检测后的原始点迹数据，利用参考径向长度L在回波扫描线的径向距离方向上寻找属于同一目标的点迹，同一回波扫描线上距离小于参考径向长度L的点迹为同一目标的点迹，将同一回波扫描线上属于同一目标的点迹归并在一起，并统计各个回波扫描线上各目标在各个回波扫描线径向距离方向上的点迹个数。 [0040] 需要指出的是，在传统窄带雷达原始点迹数据在径向距离方向上归并处理中，常利用回波本身的脉冲压缩主副瓣比的特性关系，滤除幅度相对较小的点迹数据，抑制脉冲压缩旁瓣对目标点迹数据形成的影响，但这些技术已不再适用于宽带雷达目标的点迹数据处理。 [0041] 步骤3、径向距离方向上凝聚。在完成步骤2后，应对各个回波扫描线上同一目标在径向距离方向上归并在一起的点迹数据进一步作凝聚处理，得到各个目标在回波扫描线上的径向距离凝聚点，事实上只需求取该径向距离凝聚点的距离参数估计值。 [0042] 步骤4、方位方向上归并，即在相邻方位的回波扫描线上，认为距离小于参考径向长度W的径向距离凝聚点为同一目标在不同回波扫描线上的径向距离凝聚点，对上述距离小于参考径向长度W的径向距离凝聚点进行方位上的归并。宽带雷达在方位上的归并无需设置方位扇区，可以利用W仅在两条相邻方位的回波扫描线的数据间进行寻找、归并属于同一目标的径向距离凝聚点。 [0043] 步骤5、虚假目标剔除。尽管雷达回波点迹经过恒虚警检测后，杂波获得了大量抑制，但通常仍然会有少量的杂波通过了恒虚警检测的门限成为了虚假目标的原始点迹数据，特别是在强杂波坏境中，将可能出现大量的海杂波、地杂波数据。对于这些杂波数据，在步骤4完成后仍可以通过设置方位上限值Hu和方位下限值Hl，一般使Hu＝120°，Hl＝2°，剔除方位宽度大于Hu(过宽)和小于Hl(过窄)的目标，从而抑制和消除它们的不良影响；方位宽度是同一目标所占有的回波扫描线在方位方向上的跨度。当方位上限值Hu＝120°和方位下限值Hl＝2°时，当宽带雷达处于沿海港口附近有较强风速环境中时，可对海杂波和地杂波的滤除效果达到95％以上。 [0044] 步骤6、方位方向上凝聚。在步骤2中，在按设定的准则完成目标在径向距离方向上归并的同时，也统计了该目标在该方向上的点迹数据个数，这些点迹数据实际上是目标的强散射点产生的点迹数据，因此统计的点迹个数，也是目标的强散射点的个数。强散射点是目标上散射强度较大的部位，比如目标结构的边缘、拐角等。若在某些部位散射点越多，说明该部分目标结构复杂，是实体结构的核心。因此，这些同一目标在不同径向距离方向上的强散射点个数可以作为一种有用信息，用以估计目标参数-表征目标物理位置的唯一点的距离参数和方位参数。本发明正是基于这些思考，设计了目标参数的估计方法。 [0045] 统计同一目标在各方位回波数据线上的点迹数据数量，从大到小排列同一目标在各方位回波扫描线上的点迹的个数，按照预定比例删除点迹的个数较小的回波扫描线上对应的径向距离凝聚点，将剩余的回波扫描线上径向距离凝聚点再次进行方位方向凝聚处理，求取该同一目标唯一的方位、距离参数估计值。预定比例可选为1/4。当预定比例选择为1/4时，当宽带雷达处于低杂波航海环境中时，对船舰目标原始点迹中因雷达天线旁瓣所产生的点迹的滤除率可达到98％。 [0046] 该部分剔除了目标的一些回波扫描线上的径向距离凝聚点，可以起到抑制雷达天线旁瓣所带了不良影响的作用，同时在估计中更加信任强散射点多的方位上的数据，从而提高了目标位置参数的估计精度。 [0047] 在步骤2中，寻找、归并同一目标的点迹的方法为： [0048] 设某一条回波扫描线为{pi}，pi为其中某个点迹。在{pi}径向距离方向上，依次计算当前点迹pi与前一个点迹pi-1之间的距离，并判断该距离值与L的大小关系。如果小于L，便认为pi与pi-1是属于同一目标的点迹，将属于同一目标的点迹归并在一起；反之，则认为pi与pi-1是属于不同目标的点迹，其中pi为新目标X的前沿，pi-1为另一个目标T的后沿，并统计目标T在径向距离方向上的点迹个数。 [0049] 目标前沿是目标在该径向距离方向的第一个点迹，目标后沿是目标在该径向距离方向的最后一个点迹，发现了目标后沿表示某目标在该径向距离方向归并的完成。 [0050] 在步骤3中，求取径向距离凝聚点的距离参数估计方法有： [0051] 为了简化算法，可按式(2)求取目标在回波扫描线上的径向距离凝聚点的距离参数估计值， [0052] Rj＝(Rjfront+Rjback)/2 (2) [0053] 式(2)中，Rj为目标在其第j个回波扫描线上的径向距离凝聚点的距离参数估计front back值，Rj 、Rj 分别为同一目标在该径向距离方向上目标前沿和后沿所在处的距离值。 [0054] 在步骤4中，寻找、归并同一目标的径向距离凝聚点的具体方法如下： [0055] 分别设两条相邻方位的回波扫描线上的径向距离凝聚点为{Am}、{Bn}。在径向距离方向上并行访问、计算当前Am和Bn之间的距离值Dk，判断Dk与参考方位长度W的大小关系。如果小于W，则认为Am和Bn是同一目标的径向距离凝聚点，将属于同一目标的径向距离凝聚点归并在一起，然后m＝m+1，n＝n+1，继续计算Am和Bn之间的距离值并判断与W之间的大小关系……；如果Dk不小于W，则m保持不变，n＝n+1，重新计算Am和Bn之间的距离值，寻找与Am的距离小于W的Bn；如果最终没有找到与Am的距离小于W的Bn，则表示某个目标在方位方向上找到了所有属于它的径向距离凝聚点，即某个目标完成了在方位方向上的归并，且径向距离凝聚点An所在的方位为该目标的终止方位。 [0056] 在步骤6中，求取目标唯一的距离、方位参数估计值的方法如下： [0057] 按式(3)求取目标唯一的方位参数估计值A0， [0058] [0059] 按式(4)式获得目标唯一的距离参数估计值R0， [0060] [0061] 其中，n为该目标剩余的距离凝聚点个数，Vt是该目标第t个回波扫描线所在的方位数值，Rt为该目标在其第t个回波扫描线上经距离方向凝聚处理后所求径向距离凝聚点的距离参数估计值。 [0062] 至此，目标的原始点迹数据经凝聚处理，已获得唯一的距离、方位参数估计值。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈